仿真如何助力汽车行业掌控关键发展趋势

据麦肯锡公司报道，中国是全球规模最大、增长最快、最具竞争力的汽车市场，而这并非偶然。中国汽车制造商专注于电动汽车（EV），从概念到产品上市仅需大约24个月——其速度是传统汽车制造商的两倍，后者的开发周期可长达40到50个月。同样，特斯拉的精益制造方法，帮助其占据了显著的电动汽车市场份额。

那么这对其他企业意味着什么？新技术和新功能的迭代速度越来越快。

毫无疑问，传统汽车制造商正面临多方压力。他们发现自己身处重大变革之中，既要应对最近的技术和地缘政治转变，又要适应不断变化的消费者偏好。

本文作为两篇系列博客中的首篇，将探讨汽车行业的发展格局与挑战，并阐述仿真如何助力汽车制造商在瞬息万变的市场中开辟新赛道。

全球汽车销量停滞

经过数十年的稳步增长后，全球汽车市场正接近饱和点。目前，全球汽车年产量稳定在9300万辆左右。由于市场份额与单车利润密切相关，新参与者几乎没有生存空间，因此，对于制造商，保护和扩大其市场地位至关重要。

新思科技旗下Ansys的全球销售与客户卓越部高级副总裁Walt Hearn表示：“中国OEM厂商正在树立行业标杆，已成为电动汽车（EV）领域的强大竞争者。部分企业已成功将传统开发周期（从概念到上市）缩短了近50%。”

特斯拉也因此在美国电动汽车市场占据46%的市场份额。此外Rivian和Lucid等美国新晋企业也崭露头角。

对此，汽车制造商正在寻找创新方法来保持竞争优势。通用汽车（GM）与现代汽车（Hyundai）的合作便是其中一个范例。此次，两者合作针对中南美洲市场共同开发五款车型，通过开拓历史上服务不足的市场，来获取对抗新兴企业的竞争优势。还有一些企业正在重新评估产品组合，以更好地应对不断变化的客户偏好，例如：日益增长的性价比需求。

这种趋势同样延伸至未来动力电池技术领域，类似地还有汽车软件，超级工厂（gigafactory）的可持续制造（最大限度地降低车间废料产生）。

霍尼韦尔流程解决方案（Honeywell Process Solutions）帮助企业应对与电池制造相关的自动化、流程控制以及质量管理等复杂挑战。该公司希望通过仿真支持基于模型的数据驱动生产方法，为电动汽车、电子产品、储能和消费品等各个市场的电池制造商提升良率、降低成本并提高能效。

上市延迟与战略调整

汽车产业日益提升的复杂性和不断变化的市场动态，导致了产品上市的大幅延迟，从而迫使汽车制造商重新调整战略。尤其在产品面市前，为确保车辆可靠性并满足安全标准，软件驱动会面对更多测试挑战。

这些延迟不仅会造成高昂的开发成本，而且还会削弱消费者的信任度。此外，推动行业结构性转变的其他因素还包括：由关税和贸易壁垒构成的地缘政治环境；技术推出延迟，例如向电动汽车的缓慢过渡；以及软件定义汽车（SDV）和自动驾驶（AD）技术的转型进度落后于计划。

在当前环境下，汽车制造商被迫快速转型。他们正在缩减纯电动汽车的产量，转而侧重混合动力汽车，或重新配置生产设施以优化成本。然而，这种转变并非易事，也需要付出不小的成本。这涉及到进行广泛的设备重组和规划，执行过程既复杂又成本高昂。

通过以下策略，仿真能起到关键作用帮助汽车制造商验证新战略、优化生产计划，并降低开发流程后期变更带来的风险。

• 基于AI的自动化：贯穿整个汽车价值链，推动自动驾驶、汽车制造和用户体验的重大转型。
• 数据驱动决策：通过实时数据平台，例如智能体AI（这类AI系统能够自动做出决策，减少人工干预），提升汽车制造的效率、安全性和创新性。
• 精益制造：通过系统识别并消除给定制造系统中的损耗。
• 供应链优化：聚焦与各级供应商进行有效的供应链管理；通过库存管控以最大限度地减少生产延迟并提高运营效率；简化物流以保障组件和成品交付。

虚拟电子控制单元（vECU）作为一种应对上市延迟的建模策略，正在迅速获得关注。汽车制造商能够通过这些数字模型验证新战略、优化生产计划，并降低与开发流程后期变更相关的风险。

对工程师而言，虚拟ECU也是优化现代汽车的真正变革性工具。

可扩展虚拟化

以SDV为例，这种车辆架构的功能依赖于在数十个互连ECU上运行的紧密集成软件堆栈。这种复杂程度的软件验证，通常需要依赖台架测试和硬件在环（HIL）平台等物理原型。这项工作非常繁琐、耗时，且成本高昂。

不过，当能够在数字环境中进行故障模拟时，这一切将发生改变。  vECU的应用有助于在硬件尚未就绪时，就完成软件堆栈的快速迭代开发与测试。vECU可以模拟所有相关ECU组件的行为，使工程师能够自由灵活地执行用于真实ECU的相同代码、调试高阶与低阶功能、尽早验证集成，并行运行大规模测试任务。

当然，仅靠ECU虚拟化是不够的。为了验证在真实世界中的行为，虚拟ECU必须连接到准确的系统、工厂、传感器和环境仿真。通过将高保真度仿真平台与虚拟ECU相结合，工程团队可以重新创建涵盖一系列功能的完整运行环境，涵盖了动力学、传感器、执行器、交通情况、天气条件以及在现实生活中难以甚至无法测试的特定极端情况。

这种组合在开发过程中能提供重大优势：

• 尽早集成复杂系统（减少意外）
• 高可扩展性（并行运行数百个场景）
• 提升软件堆栈的可靠性（边缘案例场景测试）
• 加速创新周期（无需物理设置，开发周期大幅缩短）

Ansys应用工程总监Pierre Vincent指出：“仿真与vECU共同创建了一个可持续的，无需硬件的开发流程，这正是应对SDV、区域架构和自动驾驶软件复杂性的关键。”

Ansys汽车技术客户经理Gopinath Penamalli表示：“基于物理硬件（如执行器和传感器）的仿真与AI相结合，可以将硬件虚拟化提升至全新水平。将这些仿真与vECU在多个层级集成，虚拟化整个系统（硬件与软件），实现基于虚拟化的连续验证。设计左移，正是实现SDV的关键。”

随着我们在汽车设计中采用SDV与虚拟化实现“设计左移”，为安全且可靠的ECU软件准确捕获设计意图成了关键目标。设计意图通过需求定义来捕获，以满足ISO26262、ISO21448、PAS8800和ISO21434等标准的合规性要求。通过数字工程仿真对其进行验证，有助于降低成本并加速设计周期。

更多趋势即将揭晓

如果您喜欢本篇博客，敬请关注汽车趋势系列的第二部分。我们将深入探讨不断增加的车辆复杂性、自动驾驶投资优先级调整的相关趋势，以及仿真在助力汽车制造商把握这些趋势方面的作用。如果希望了解有关vECU的更深入讨论，请务必关注软件定义汽车的数字工程技术。

欢迎莅临于拉斯维加斯会展中心举办的CES展会，前往西厅6701号展位，了解有关Ansys汽车解决方案的更多信息。